(57)【要約】【課題】シリコンで形成されているセンサ基板裏側に２個のダイアフラムで形成し、この２個のダイアフラムに挟まれた部分のセンサ表面に、歪センサ素子を配置する構成にして、歪センサ素子の大きさ、配置する位置の自由度を大きくとることができるチップを提供する。【解決手段】  半導体圧力センサは、シリコンで形成されたセンサ基板に中空部を設けてダイアフラムを形成し、該ダイアフラムの歪を歪センサ素子によって検出して前記ダイアフラムに加わる圧力を測定する半導体圧力センサであって、前記ダイアフラムは、複数個並べて形成したことである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンで形成されたセンサ基板に中空部を設けてダイアフラムを形成し、該ダイアフラムの歪を歪センサ素子によって検出して前記ダイアフラムに加わる圧力を測定する半導体圧力センサであって、
前記ダイアフラムは複数個並べて形成し、前記ダイアフラムとダイアフラムの間に前記歪センサを配置したことを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項２】
前記複数個並べて形成されたダイアフラムは２個のダイアフラムで形成され、該２個のダイアフラムで挟まれた位置に前記歪センサ素子を配置したことを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ。
【請求項３】
前記２個のダイアフラムで挟まれた位置に配置した歪センサ素子は、前記２個のダイアフラムで挟まれた中央位置である請求項２に記載の半導体圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン（Ｓｉ）で形成されたセンサ基板にダイアフラムを具備する絶対圧計等のセンサチップ形状に関し、詳しくは、ダイアフラムを複数個で形成するようにして均一で大きな引張歪が広範囲で発生させるようしたことにより歪センサ素子の大きさ、位置の自由度を大きくとることができるようにした半導体圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術における絶対圧計のセンサチップは、図５及び図６に示すように、そのセンサチップは表面に歪センサ素子１１１を形成し、裏面にダイアフラム１１２を1個加工したシリコンで形成されたセンサ基板１１４と、シリコンやガラス等で作製されたベース基板１１５で構成されている。そして、ダイアフラム１１２の下の中空部１１６は真空封止された構成になっている。ダイアフラム１１２は、チップの端（Ａ点）から端（Ｂ点）までのＡＢ間の略中央位置に配置され、歪センサ素子１１１はＢ点寄りのダイアフラム１１２のエッジ部分に配置されている。
【０００３】
このような構成のセンサチップにおいて、センサチップに圧力が印加されると、印加された圧力と内部中空部１１６の真空との圧力差に応じてダイアフラム１１２が撓み、センサチップ表面に歪が発生する。それによって、表面の歪センサ素子１１１から電気信号等が出力され、印加された絶対圧を計測することができるのである。
【０００４】
センサチップへの圧力印加時のセンサチップ表面ＡＢ間の歪分布は、図７に示すように、Ａ点からダイアフラム１１２の端部において少し隆起した状態となりダイアフラム１１２部分で急峻な変化がおき、Ｂ点寄りのダイアフラム１１２の端部（歪センサ素子が配置されている位置）で少し隆起した状態となる。
【０００５】
特許文献１には、シリコンによって作成された振動式の半導体圧力センサが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１８３３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来技術で説明した、絶対圧計のセンサチップにおいて、圧力印加したときに、図５及び図６に示すセンサチップ表面ＡＢ間に発生する歪みの分布は、図７に示すように、ダイアフラム１１２のエッジ付近に大きな引張歪が発生するので、引張歪で圧力を検知する場合、歪センサ素子１１１を図５及び図６に示すようなダイアフラム１１２のエッジ付近の位置に配置する必要がある。しかし、歪分布のピークが急峻なので、歪センサ素子１１１の大きさ、位置の自由度が小さいという問題がある。
又、歪センサ素子１１１もダイアフラム１１２もフォト工程を経て形成されているので、量産する場合、位置ずれによって、センサ出力の個体差が発生し易いという問題もある。
【０００８】
従って、歪分布のピークの急峻な特徴に対応するような形状、或は、量産する場合に位置ずれが起きずらい形状、例えば、センサ基板裏側にダイアフラムを複数個形成する、具体的には２個のダイアフラムで形成し、この２個のダイアフラムに挟まれた部分のセンサ表面に、圧力印加時、広範囲に均一な歪分布を得るような領域に歪センサ素子を配置する構成にすることに解決しなければならない課題を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本願発明の半導体圧力センサは、次に示す構成にしたことである。
【００１０】
（１）半導体圧力センサは、シリコンで形成されたセンサ基板に中空部を設けてダイアフラムを形成し、該ダイアフラムの歪を歪センサ素子によって検出して前記ダイアフラムに加わる圧力を測定する半導体圧力センサであって、  前記ダイアフラムは複数個並べて形成し、前記ダイアフラムとダイアフラムの間に前記歪センサを配置したことである。
（２）前記複数個並べて形成されたダイアフラムは２個のダイアフラムで形成され、該２個のダイアフラムで挟まれた位置に前記歪センサ素子を配置したことを特徴とする（１）に記載の半導体圧力センサ。
（３）前記２個のダイアフラムで挟まれた位置に配置した歪センサ素子は、前記２個のダイアフラムで挟まれた中央位置である（２）に記載の半導体圧力センサ。
【発明の効果】
【００１１】
本提案によれば、シリコンで形成されたセンサ基板に複数個のダイアフラム、実施例では２個のダイアフラムを形成し、この２個のダイアフラムに挟まれた部分に広範囲に均一で大きな引張歪を発生させる領域に歪センサ素子を配置した構成にすることで、歪センサ素子の大きさ、配置する位置の自由度を大きくとることができる。
また、量産する場合に、位置ずれによって生じる、センサ出力の個体差が発生しにくいという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本願発明に係る半導体圧力センサの実施形態について、図面を参照して以下説明ずる。
【実施例１】
【００１３】
本願発明の第１実施例の半導体圧力センサは、図１及び図２に示すように、絶対圧計のセンサチップであり、このセンサチップは表面に歪センサ素子１１を形成し、裏面に所定間隔を持って２個の第１及び第２ダイアフラム１２、１３を加工したシリコンのセンサ基板１４と、シリコンやガラス等で作製されたベース基板１５で構成されている。２個の第１及び第２ダイアフラム１２、１３のそれぞれの下の中空部１６は真空封止されている。
２個の第１及び第２ダイアフラム１２、１３は、チップの端（Ａ点）から端（Ｂ点）までのＡＢ間に並べて配置され、歪センサ素子１１は、２個の第１及び第２ダイアフラム１２、１３で挟まれた中央位置に配置されている。
このような構成からなるセンサチップにおいて、センサチップに圧力が印加されると、印加された圧力と内部中空部１６の真空との圧力差に応じて２個の第１及び第２ダイアフラム１２、１３が撓み、センサチップ表面に歪が発生する。それによって、表面の歪センサ素子１１から電気信号等が出力され、印加された絶対圧を計測することができる。
【００１４】
センサチップへの圧力印加時のセンサチップ表面ＡＢ間の歪分布は、図３に示すように、Ａ点から第１ダイアフラム１２で急峻の変化がおき、その後歪が均一な領域となり、次の第２ダイアフラム１３で急峻の変化がおきる。このように第１及び第２ダイアフラム１２、１３の間においては歪が均一な領域となるため、その歪みが均一な領域に歪センサ素子１１を配置するようにすればよいわけであり、これは又、歪が均一な領域が歪センサ素子１１に対して極めて広くとれるため、その領域内であればどの位置に配置しても歪センサ素子１１の機能を損なうことがない。従って、歪センサ素子１１の大きさ、配置する位置の自由度を大きくとることができる。
又、歪が均一な領域が広いため、歪センサ素子１１を配置するときに少々の位置ずれが生じてもセンサとしての機能的な影響力に差が発生しないため、例えば量産する場合に、位置ずれによって生じるセンサ出力の個体差が発生しないか或は発生しにくくなる。
【実施例２】
【００１５】
次に、半導体差圧センサの第２実施例について、図面を参照にして説明する。
第２実施例の半導体差圧センサは、差圧計用及びゲージ圧用センサチップに応用したものであり、第１実施例の絶対圧計のセンサチップと同様に２個のダイアフラムを設けた構成になっており、それは、図５に示すように、センサチップは表面に歪センサ素子１１を形成し、裏面に所定間隔を持って２個の第１及び第２ダイアフラム１２、１３を加工したシリコンのセンサ基板１４と、シリコンやガラス等で作製されたベース基板１５で構成されている。２個の第１及び第２ダイアフラム１２、１３のそれぞれの下には中空部１６が形成されている。
このベース基板１５に、第１及び第２ダイアフラム１２、１３のそれぞれに対応した中空部１６に連通させた導圧孔１７を形成した構成になっている。そして、センサチップ表面に高圧、導圧孔１７を介して第１及び第２ダイアフラム１２、１３裏面に低圧を印加できるようにすれば、差圧計用のセンサチップとして使用できる。
又、第１及び第２ダイアフラム１２、１３裏面側を導圧孔１７を介して大気開放すればゲージ圧計用センサチップとして使用できる。
【００１６】
以上のように、第１実施例及び第２実施例で説明したように、複数のダイアフラムを形成するようにして歪の均一な領域を確保し、その領域に歪センサ素子を配置することで、高精度なセンサチップを得ることができるが、高精度化するためには、第１及び第２ダイアフラム１２、１３の径、厚さを調整することで、圧縮側に広範囲で均一な応力分布を発生させることもできる。
【００１７】
更に、他の構成として、引張側に広範囲で均一な応力分布を発生させるダイアフラムを２個、圧縮側に広範囲で均一な応力分布を発生させるダイアフラムを２個とそれぞれの歪を検知する歪センサ素子を同一センサチップに形成し、それぞれの歪センサ素子の出力の差を求める。同時のノイズ成分がキャンセルされ、出力は増加するので圧力計側の高精度が図られる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
シリコンで形成されているセンサ基板裏側に２個のダイアフラムを形成し、この２個のダイアフラムに挟まれた部分のセンサ表面に、歪センサ素子を配置する構成にして、歪センサ素子の大きさ、配置する位置の自由度を大きくとることができる半導体圧力センサを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本願発明の第１実施例の半導体圧力センサを略示的に示した平面図である。
【図２】同、断面図である。
【図３】同、圧力印加時のセンサチップ表面ＡＢ間の歪分布をグラフで示したものである。
【図４】本願発明の第２実施例の半導体圧力センサを略示的に示した平面図である。
【図５】従来技術における半導体圧力センサを略示的に示した平面図である。
【図６】同、断面図である。
【図７】同、圧力印加時のセンサチップ表面ＡＢ間の歪分布をグラフで示したものである。
【符号の説明】
【００２０】
１１      歪センサ素子
１２      第１ダイアフラム
１３      第２ダイアフラム
１４      センサ基板
１５      ベース基板
１６      中空部
１７      導圧孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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